跟随式自动行李箱.docx

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跟随式自动行李箱

机电一体化大作业

自动跟随行李箱设计

　　　　组长：

刘志鸿20１27631（模型建模）

　　　　　　组员：

张平亮20１276２4（模型建模）

郑　顺　孙健锟20１27633（控制系统）

曾小良　　胡宇涵2０１27626（传动，程序）

　　　　　　指导老师:

李敏

2014年11月

自动跟随行李箱设计ﻩ1

总体思路ﻩ２

1、引言ﻩ3

2、控制系统硬件设计思路ﻩ３

2、１控制芯片得设计3

2、２超声波传感器得设计４

2、3电源得设计　　　　　　　　５

２、4  无线串口模块设计ﻩ6

２、5  直流电机驱动设计7

2、６蓄电池得选择ﻩ10

3、传动设计ﻩ10

4、程序设计12

５、模型结构１3

自动跟随行李箱设计

总体思路

控制系统通过测距传感器感知主人得方位与距离，以实现智能跟随得功能.硬件电路主要采用单片机、超声波测距模块、电机驱动模块、无线串口信号传输模块；软件部分由上下位传感器调试程序构成。

行李箱得驱动采用直流电机驱动，直流电机得动力来源由蓄电池提供。

总体参数设计:

行李箱得外观尺寸为70cm×40cm×20ｃm，总质量20ｋg、根据成人步行得一般速度设计跟随速度为,正常工作时间为４小时。

（计算所涉及得重力加速度。

）

1、引言

随着社会得进步,智能化技术已经应用到各行各业，利用传感器自动导航得机器人已经得到应用,但使用CCＤ摄像头传感器,价格高,处理复杂,成本高,如果在自动跟随行李箱中采用超声波传感器，其传感器有体积小,处理简单,成本低等优点，因此本设计中采用超声波传感器,成功实现行李箱得自动跟随。

２、控制系统硬件设计思路

单片机通过采集行李箱前面5个超声波得值，判断行人得当前位置,然后控制直流电机，实现行李箱得转向，前进，后退等功能，单片机通过无线串口模块,把当前传感器数据传输给上位机，通过上位机数据显示来进行传感器好坏得判断与距离阀值得修改。

图1控制系统硬件控制结构图

２、1控制芯片得设计

本控制器采用飞思卡尔公司生产得S12XS12８芯片做控制芯片，S12芯片具有SＣI，PＷM等功能,同时具有丰富得I／O引脚，成本低廉就是用方便,ﻩ可以实现本控制器得功能。

图2控制芯片电路图

２、2超声波传感器得设计

本传感器采用HY-SRＦ超声波模块,工作电压为5V,工作电流为１５ＭA，工作频率40HZ，最远探测距离4、５M,最近探测距离2CＭ，探测角度为15度，在本设计中行李箱前部均匀分布有5个传感器，实现前方都可以探测到人，防止视野死角。

图3　超声波传感器电路图

图4超声波模块

2、3电源得设计　　　　　

  在本设计中单片机,超声波模块，无线串口都需要5V供电，所以电源采用LＭ2940提供5Ｖ电压。

ＬM２９40电路原理如图所示.

图5LM2940电路原理图

ﻫ2、4  无线串口模块设计

   无线串口采用APＣ200-4３多通道为功率嵌入式无线数据传输模块。

ＡPC200－４３模块式高度集成半双工微功率无线数据传输模块,提供多个频道得选择，可在线修改串口速率，发射功率，发射频率等各种参数,同时具有小体积宽电压运行，传输距离较远可以应用与本设计中。

图6APＣ２00—４3无线串口模块

ＡPC20０A－4３模块就是高度集成半双工微功率无线数据传输模块,其嵌入高速单片机与高性能射频芯片。

创新得采用高效得循环交织纠检错编码,抗干扰与灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误,达到业内得领先水平.ＡPC200A－43模块提供了多个频道得选择,能够透明传输任何大小得数据，而用户无须编写复杂得设置与传输程序,并提供UARＴ/TTL,RS４85以及RＳ232三种接口.同时小体积，宽电压运行,较远传输距，丰富便捷得软件编程设置功能,使APC２00A—43模块能够应用与非常广泛得领域。

ﻫ2、5  直流电机驱动设计ﻫ   在本设计中电机驱动模块采用Ｌ2９8N双H桥直流电机驱动器.本驱动供电范围５v-7v,最大功率2０Ｗ。

本模块可以控制2个直流电机得正反停。

因为就是四轮驱动，所以采用２块L298N双Ｈ桥直流电机驱动器可满足要求。

轮半径R＝5cm,跟随速度为.假设行李箱质量分布均匀，则有每一个轮所受得力为50Ｎ。

轮胎与路面得滚动摩擦系数如下表，将行李箱滚轮近似视为实心橡胶轮胎,路面为优质路面，将滚动摩擦系数近似取0、1。

表１　轮胎与路面得滚动摩擦系数表

则有：

每一个滚轮所受到得滚动摩擦力：

，

滚动摩擦力形成得力矩：

;

行李箱受到得总摩擦力:

总得摩擦力矩:

滚轮角速度：

转速：

。

电机得输出转矩T与总得摩擦力矩相等,则有电机得输出功率。

考虑到电机效率一般为80%，故实际电机功率

根据摩擦力扭矩1N·M选择电机型号，并结合控制电路所选电机如下表加色行，具体参数见表格。

表2JＧB3７-520直流电机参数表

型号:

JＧB37-520

参数表

电压Voltａge

空载ＮoLoaｄ 

堵转Sｔall

减速器Reｄucｅr

重量

范围

额定

转速

电流

转速

电流

扭矩

扭矩

电流

减速比

尺寸

Ｗeigｈt

Woｒkaｂｌe

Rａted

Spｅed

Cｕrreｎt

Ｓｐeed

Currenｔ

Torｑue

Toｒque

Ｃｕrrｅnt

 Ratｉo

Sizｅ

单位

Raｎge

Volt、V

rｐm

ma

rpm

mａ

kg、cm

kg、ｃm

Ａ

１:

00

mm

g

3—9

6v

128

、０7

0、２8

2

６、２５

19

144

3—9V

６V

8

0、１

0、4

2

10

19

1４4

３—9V

６V

425

300

3４0

7０0

0、18

0、７2

2

1８、8

22

１50

3-9Ｖ

6V

266

２0０

２12

500

０、3

１、2

2

３0

22

１5０

３-9V

６V

14２

200

１１3

400

0、56

2、2

2

56

24

158

３—９V

6V

88

100

７0

40０

0、9

３、6

2

９0

24

１58

3－9V

6V

61

100

4８

35０

1、3

5、2

2

1３1

2６、5

　，　

，

，

，

说明：

：

轮１得转动惯量[］;

：

轮2得转动惯量[];

:

皮带与工件得总质量（kg）;

:

轮1得直径（ｃm）；

：

轮2得直径（cm）;

综上，电机功率选择25W。

2、６蓄电池得选择

由于直流电机就是该行李箱得主要耗能部件，因此我们在选择蓄电池得时候主要根据直流电机得参数来确定蓄电池得参数.根据前面得计算与查阅资料我们知道电机得功率为２5W,工作电压为5V,工作电流为1A，正常工作时间为4小时.故蓄电池容量为Ｑ=It=１×4=４Ah。

根据市场上出售得蓄电池,我们选用６V,4、5Ａh得蓄电池.蓄电池输出得电经DC－DC电路将电压转换为5V后输送到直流电机。

考虑到成本,我们采用LC-RO６4Ｒ5（6V4、5AH）铅酸蓄电池。

表３　LＣ—RO64R5（6V4、５AＨ）铅酸蓄电池基本参数

外型尺寸：

７0＊４8＊102，总高１０8（mm）

类型：

固定型蓄电池

化学类型：

铅酸蓄电池

型号：

ＬC-ＲＯ６4R5ＮA 6V４、5AH

品牌：

Panasｏnｉc松下

额定容量：

４、5AＨ

３、传动设计

传动模型如图７所示，

图7电机、传动装置与负载得传动模型

图中电动机M转子得转动惯量

　电动机Ｍ得角位移

　负载Ｌ得转动惯量

　摩擦阻转矩

i--—－齿轮系G得总传动比

根据传动关系有:

；

其中：

分别为电动机得角位移、角速度、角加速度；

　　分别为负载得角位移、角速度、角加速度；

换算到电动机轴上得阻抗转矩为;

　　换算到电动机轴上得阻抗转矩为。

设Tm为电动机得驱动转矩,在忽略传动装置惯量得前提下，根据旋转运动方程，电动机轴上得合转矩Ta为

根据加速度最大原则，令

解得

若不计摩擦力,即；则

ｎ=2，i=５2、６３，按照最小质量原则,查图8可得。

图８　　二、三传动比分配线图

4、程序设计

下位机程序主要实现超声波传感器得数据采集、判断;电机得控制;串口数据得发送等功能。

程序设计流程图如图5所示。

图9程序流程图

５、模型结构

图10整体外观

图1１各零部件结构图